改善Fab良率地最佳方案设计

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1、改善Fab良率的最佳方案作者：Bruce Whi tefield, Manu Rehani 和 Nat han St rader, LSI Logic Corp 2005-12-28 点击：1302很久以来，定期检测每个工艺步骤增加的缺陷来验收用于生产的设备， 已经成为半导体业的惯例。对设备的缺陷状况做出的判断，对于器件的良率有非常重要的影 响。不论这种检测的频率和影响如何，就采用的方法而言，是相对粗糙的，而且这种数据 支持系统主要是针对工程缺陷分析和传统的静态工艺控制（SPC）技术而设计的。本文介绍LSI Logic采用最佳的设备控制方法，采用新的数据系统来改进其晶圆厂的设 备颗粒缺陷控制。

2、这种方法调研了设备缺陷验收的整个企业过程，建立了一个新的数据系统 构造来支持所有人在这方面的努力。这种新的数据系统叫作Yield DRIVER，它意味着通过 设备的明显改进而实现缺陷的降低。良率和生产率IC制造工厂利润率中最高的两个杠杆因素是芯片的良率和设备的生产率。对以上两者 都非常关键的是如图1所示的简单的设备颗粒验收检测。检测颗粒是为了保证产品在交付之 前工艺设备不会产生降低良率的缺陷检测当步工艺前后点检片上颗粒的数量，来计算增加的 缺陷数量。像半导体制造中的许多其他动向一样，器件几何尺寸和运转晶圆厂费用的无情压缩，都 在推动设备颗粒特性的改善和更紧的控制。结果之一便是如何进行缺陷检测的

3、确切细节已经 变得非常关键，同时这个过程还要足够简单，使操作人员能够每天来进行。2002年，在LSI的Gresham晶圆厂里，出于新技术导入和良率经济效益的考量，要求 设备的颗粒水平降低 50%。并且这种改善要在现有设备的基础上实现，要避免基建投资，改 善总体的设备利用率而不增加成本。更换旧的工艺设备、购买更先进的颗粒检测设备不作为 选项。授权一个工厂范围内的缺陷控制职能交叉小组来完成这个任务。降低缺陷的途径这个缺陷控制小组决定首先来分析整个工厂范围内现存的设备缺陷控制方法，以发现改 进的机会。分析的主要发现是： 许多非常好的颗粒管理实例已经在使用之中。缺陷测量和计算的已知最佳方案（BKMs）

4、并没有在所有的测试中都贯彻实施。 缺陷测量和控制的 BKMs 并没有在所有的设备中都贯彻实施。 晶圆厂中的人并不是均等地拥有缺陷测量和结果分析的能力。 经理们对于自己负责的设备，仅仅报告检测、维持缺陷性能的状况是不够的。 缺陷数据系统主要是针对工程分析，而不是针对生产缺陷控制而设计。简而言之，人们发现缺陷控制的知识和财富已经存在于这个组织中，但是并没有把这些 知识均衡地应用，在做一件事情时没有把所有的已知最佳方案结合起来。这个缺陷控制小组认为：要完成缺陷降低的任务，最有效的方法，就是推动迅速彻底得 在所有工艺中实施已经存在的最佳实践案例，同时提供一个基础来支持高效、一致地运用这 些案例。如果它

5、是BKM，那为什么不采用呢？小组第一步是鉴别和记录缺陷控制的BKMs。在回顾这些最佳个案时发现，似乎一些步 骤，由于组织上、程序上或者基础上的原因，很难实施或者不能在所有情况下实施。人们经常说：大部分问题的起因是缺乏沟通。这对于设备缺陷的控制过程的确是正确的 用如图2 所示的工作流程方块图很容易描绘出这种情形。風2在遠个缺陷想制i 程中、所用方法凰锁卷 輻最佳集例、组绘方面 的变化超出了这个小组 的駅祝范留*国此.系 蜒的基本姑构僅頸做出 调也方法（process）、系统基础（systeminfrastrueture）和组织现实（organizational realities），存在于相互关

6、联但又相互隔离的平面内。要取得成功，设备缺陷控制过程必 须在这所有三个维度上都采取措施。比如，颗粒监控的第一步，可能要求刻蚀操作工（组织） 通过追踪制造执行系统（MES）中的点检片，来遵循设备验收的规范（方法），但是下一步 可能要求良率操作工（组织）通过使用缺陷分析软件（系统）来遵循分析规范（方法）。颗 粒监控的实际工作应该是完美地贯穿于所有这三个方面。如果任何一个方面的要求没有达 到，那么这种方法就崩溃了，导致低效率的、重复性的过程，或者这种方法的使用不足。为了改进设备缺陷的控制实践，这个小组不得不考虑整个工作流程空间。重大的组织变 更超出了这个小组的职权范围，但是方法却必须要遵循已知的最佳

7、案例。这意味着，系统基础必须做出调整来提供一个充满活力的工作流程。组织方面这个Fab的组织架构是一个工艺区域和职责纪律相交的矩阵，这是很多晶圆厂的典型情 况。这个组织的实际情况是，其基础架构不能提供报告和数据总结，以便及时提醒fab中各 个独立区域中负责各种纪律的经理们，以及负责特定区域的生产主管们。基础架构必须支持的典型的组织矩阵和不同焦点，如图3 所描述。C.口扫。诃匚ipHine图3矩阵将嵯理和主管与他.们各自恂工艺區域和朝贵联系起来PFOG吞|百UllluiilCA aF ce u aAk FOSE D lsip linesDline FocusAero53 Artaa如果陪训资料和规

8、范没有包含BKM方法的话，这会导致职员的陪训不足和视野狭窄，从 而造成另外一种形式的组织断裂。的实际情况，要求组织基础和架构支持BKM在每个工艺区域中执行。在会议上通过与工艺经 理、设备负责人、生产主管和全体职员讨论来鉴别BKM。它们被收录在两个BKM文档中。第 一个是缺陷控制参考文档(DCR)，为工艺负责人提供一个设计最佳缺陷控制方案的模板。 DCR包括了针对于特定工艺的最佳实践案例，比如：记录点检过程中必须要检测的感兴趣的缺陷(DOI, defect of interest)。 确定并且检测生产中晶圆经过设备的所有通路。 选择能够代表生产过程的测试方法。第二个BKM文档的目标是执行缺陷控制

9、方案以及建立整个fab的缺陷控制标准。56个 确认的最佳案例可以分解为三个执行层次,如下： 层次 1: 基础,注意和责任人 层次 2: 扩展 BKM 层次 3: 缺陷降低和成本优化每一个BKM都要仔细定义和研究，理解如何贯彻执行它们。这种分析用来定义支持基础 需要具备的能力。并不是每一项措施都需要基础架构的变化,尤其是在第一个层次,因此应 该并行地实施BKM和架构改进。为了推动执行和判断障碍所在，缺陷控制小组在每周的会议 上，与制造、设备维护、和工艺模块一起，回顾DCR 计划和执行层次的进展情况。基础架构方面随着BKM的建立和组织需要的确定，要对基础架构进行调整，以便使缺陷控制措施能够 有效地

10、完成。基础架构需要分解为三个范畴：参考文书 培训资料最佳案例（BKMs）感兴趣的缺陷（DOI）失控时的行动方案（OCAP）数据系统 BKM 支持功能 性能标准和报告 使用标准和报告工具 监控成本优化的计算 DCR 计划模板 DOI 模板本文的焦点是数据系统的研发，但是需要注意的是，没有基础架构中其余的部分，就不 能有效地贯彻执行。数据系统 针对缺陷监控已经建立的方法是，从每一次的检测中取得颗粒增加的数量，将其加入到SPC控制图中。先进的SPC系统采用的方法：比如解决非正态分布问题的估计权重移动平均 图（EWMA），用于改进对于缺陷暴发的监测。这是一个非常好的方法，但是在实际应用中由 于数据中噪

11、音的缘故会有一定的局限性，会忽略掉一些有用的信息，比如空间分布，以及缺 陷分类。更重要的是，这个工作流程必须要能够推动工艺前后的检测和数据分析中BKM的应 用。虽然拥有一个高级的在线SPC系统，但是在回顾了设备点检使用的情况后，大家认为， 把SPC图表功能添加到缺陷分析系统中，要比为SPC图表系统研发缺陷分析能力更加有效。在线上缺陷分析中，经常使用高级的软件工具。现存的缺陷数据分析软件中,KLA-Tencor 的Klarity,是为在线检查数据的工程分析而设计的，它为有经验的用户提供了强大的，交 互式功能。不幸的是，它在处理数据结构，需要管理信息系谱，将测试结果与特定的工艺区 域、工艺类型、设

12、备、子设备,最后与测试时间联系起来时,其能力有一定的局限性。为了 满足这种链接的需求,以及满足监控处理、测试结果的特定组织报告的需求, 我们决定设 计一种新的用户界面,使用户能够进入已经存在的缺陷数据库以及其他的数据库,以便能够 以简单易用的界面对设备缺陷进行控制。这个新的界面叫做Yield Driver oYield Driver设计时将BKM嵌入到系统功能中，这样就能够支持设备缺陷控制工作中 的特别需求。这样，最好的方法也变成了最容易的方法。测试数据的关联要实现支持BKM,需要的功能之一便是：能够连贯地将测试前后的颗粒检测结果，与工 艺区域、正在进行的测试、以及正在检验的设备的部件关联起来

13、,以便能够准确地计算正在 检验的工艺或者设备对于颗粒的贡献。在一个拥有120个操作工和工程师，需要检测180台设备，工艺步骤超过300的fab里面，这不是一个简单的数据管理问题。通过把点检晶圆批应用于每项检测中，利用工厂的 MES 系统控制这些点检晶圆，数据关 联就能够实现自动化，但是这就要求MES系统要有新的功能，并且需要增加点检晶圆的用量。 更实用的方法是，让用户将刚刚测试得到的数据关联起来，图 4给出了颗粒检测、以及如何 收集关联缺陷数据的流程图。通过一个图形用户界面来完成数据关联，在这个界面中，用户 从下拉菜单中确认要进行的检测（图5）。04.收星紈陷数据，特甚与工艺区域. 起来的方$

14、匕Wnfer F4iw测试、减及设备关联P re M va cur*KLA 62ZDWrBrR：laim nd0 iis sxf sildo nP r6cisU n d it r 10 31Tt#i w affl-rsPost MfinA urKLA 0-220Oaln A naoc latksn 讪！Id DRIVER GUIDllJi Ahllyfci*Yiild ORIVE R GUI5.数据收集用的有下拉来勒的圏 形用户界面下一步是选择检测前后的测试。通过限定时限选择刚刚使用过的点检晶圆批， 系 统会给出很少的备选数据提示，通常只有一个正确的待选数据。在后测试完成后，从这个列 表中，通

15、过如图6 所示的图形用户界面，用户将正确的前、后数据关联起来。国百将正确的前、后测试数擠记录与设备关联起寒的方筮Pre Measurement DetailsPostMeasurenientRMlRtcflrdDelaHs如牢”轨沖Xiptib-ftifkMoiij /X5nF5T吕HteM Jf畑ID*子制凶r曲量暹口Inift T 4/7XM 5 3C J3 FVInrE1/?4X 0( 52-PMttl* 伽軒M!利用已有的测试设备和数据库，将颗粒数据与被检验的工艺、设备关联起来，这是一种 简便有效的方法。这种方法还支持将以前的检测结果作为下一次检测的初始数据，这样就节 约了检测的时间。深入挖掘分析从工艺区域开始数据选择，以便与 fab 组织机构相一致。主要的图表屏幕提供了交互式 的深入分析功能，设计用来支持设备缺陷检测。每个层次缩小了数据的选择范围（如表所示）。 一旦需要的数据被选中（如图7），它能够用图表列出需要的任意时段。OrilbDcwn Hierarchy2J；?mTmFur n21I2 : q 巾|6